Département de Physique des Particules

L'horloge de la rotation

En comparant les âges d’étoiles obtenus grâce à deux méthodes de calculs, sismique et gyrochronologique, les scientifiques ont établi que la vitesse de rotation des étoiles diminue moins vite que prévu au delà d’un certain âge. Plus intéressant encore, ils ont constaté que cet âge correspond à peu près à celui du Soleil actuel, ce qui indiquerait qu’il est entré dans une phase de transition où  l’efficacité de son freinage induit par le vent solaire décroit fortement. En conséquence, les lois de gyrochronologie  ne sont  strictement applicables que  pour des étoiles plus jeunes que le Soleil.

L’âge des étoiles est l’un des paramètres stellaires le plus difficile à appréhender car il ne peut être mesuré directement. Il est généralement déterminé indirectement par les chercheurs à partir de modèles numériques complexes réalisés via de puissants calculateurs. Ces calculs se basent sur le taux de rotation initial, vestige de la contraction du nuage proto-stellaire, et sur son ralentissement au cours de la vie de l’étoile à cause de l’effet de ralentissement induit par l’interaction du champ magnétique avec les vents à sa surface. Depuis une décennie, les astrophysiciens ont réussi à établir ainsi une loi de freinage au cours du temps et peuvent alors déduire de façon précise l’âge des étoiles à partir de son vitesse de rotation de surface, c’est ce que l’on nomme la loi de gyrochronologie. Cependant, cette loi n’était jusqu’ici étalonnée qu’à partir de la relation observée entre le Soleil et des étoiles beaucoup plus jeunes (avec un âge de moins de 2,5 milliards d'années) appartenant à des amas.

Grâce à l’astérosismologie, l’étude des milliers d’ondes résonantes, qui traversent les étoiles comme le Soleil, il est aujourd’hui possible de déterminer leurs propriétés internes et d’en déduire une estimation de leurs âges. Cela a été fait pour une vingtaine d’étoiles grâce aux données fournies par le satellite Kepler de la NASA. « Grâce à la sismologie stellaire, nous avons réussi à déterminer l’âge d’étoiles beaucoup plus vieilles que le Soleil. Nous sommes aujourd’hui capables de vérifier les pendules des étoiles vieillissantes comme le Soleil et même plus vieilles encore et nous devons les remettre proprement à l’heure » rappelle Rafael García, chercheur au CEA-Irfu.

C’est en croisant ces deux méthodes de calcul que les chercheurs ont pu conclure que le calcul de l’âge selon la méthode gyrochronologique ne peut pas s’appliquer telle quelle pour des étoiles plus anciennes que le Soleil. La rotation de ces étoiles évolue différemment en raison de l’évolution de leur magnétisme.

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Publication :

« Weakened magnetic braking as the origin of anomalously rapid rotation in old field stars »,
Jennifer L. van Saders, Tugdual Ceillier, Travis S. Metcalfe, Victor Silva Aguirre, Marc H. Pinsonneault, Rafael A. Garcia, Savita Mathur & Guy R. Davies,
publié dans la revue Nature du 4 Janvier 2016
Pour une version électronique :  http://arxiv.org/abs/1601.02631

Voir : le Fil Science du CEA (4 janvier 2016)
       : le communiqué de presse de l'Institut Carnegie (4 janvier 2016, en anglais) 
       : le communiqué de presse du CNES (4 janvier 2016)   

Voir : Communication du Service d'Astrophysique

Rédaction: R. Garcia, J.M. Bonnet-Bidaud